Wiadomości branżowe: GPU zwiększa popyt na płytki krzemowe

Krzem jest drugim po tlenie najpowszechniejszym materiałem na Ziemi i siódmym najpowszechniejszym materiałem we wszechświecie.Krzem jest półprzewodnikiem, co oznacza, że ​​ma właściwości elektryczne pomiędzy przewodnikami (takimi jak miedź) i izolatorami (takimi jak szkło).Niewielka ilość obcych atomów w strukturze krzemu może zasadniczo zmienić jego zachowanie, dlatego czystość krzemu klasy półprzewodnikowej musi być zdumiewająco wysoka.Dopuszczalna minimalna czystość krzemu klasy elektronicznej wynosi 99,999999%.

Oznacza to, że na każde dziesięć miliardów atomów dozwolony jest tylko jeden atom inny niż krzem.Dobra woda pitna zawiera 40 milionów cząsteczek innych niż woda, czyli 50 milionów razy mniej czysta niż krzem klasy półprzewodnikowej.

Producenci pustych płytek krzemowych muszą przekształcać krzem o wysokiej czystości w doskonałe struktury monokrystaliczne.Odbywa się to poprzez wprowadzenie pojedynczego kryształu macierzystego do stopionego krzemu w odpowiedniej temperaturze.Gdy wokół kryształu macierzystego zaczynają rosnąć nowe kryształy potomne, ze stopionego krzemu powoli tworzy się wlewek krzemu.Proces jest powolny i może zająć tydzień.Gotowy sztabka krzemu waży około 100 kilogramów i można z niej wyprodukować ponad 3000 wafli.

Wafle tnie się na cienkie plasterki za pomocą bardzo cienkiego drutu diamentowego.Precyzja silikonowych narzędzi tnących jest bardzo wysoka, a operatorzy muszą być stale monitorowani, w przeciwnym razie zaczną używać tych narzędzi do robienia głupich rzeczy z włosami.Krótkie wprowadzenie do produkcji płytek krzemowych jest zbyt uproszczone i nie docenia w pełni wkładu geniuszy;mamy jednak nadzieję, że zapewni ona podstawę do głębszego zrozumienia branży płytek krzemowych.

Zależność podaży i popytu na płytki krzemowe

Rynek płytek krzemowych jest zdominowany przez cztery firmy.Przez długi czas rynek znajdował się w delikatnej równowadze pomiędzy podażą i popytem.
Spadek sprzedaży półprzewodników w 2023 r. doprowadził do sytuacji nadpodaży na rynku, co spowodowało wysokie zapasy wewnętrzne i zewnętrzne producentów chipów.Jest to jednak sytuacja tylko przejściowa.Gdy rynek się ożywi, branża wkrótce powróci do granicy swoich możliwości i będzie musiała sprostać dodatkowemu popytowi spowodowanemu rewolucją sztucznej inteligencji.Przejście od tradycyjnej architektury opartej na procesorach do obliczeń przyspieszonych będzie miało wpływ na całą branżę, ponieważ może to jednak mieć wpływ na segmenty przemysłu półprzewodników o niskiej wartości.

Architektury procesorów graficznych (GPU) wymagają większej powierzchni krzemu

W miarę wzrostu zapotrzebowania na wydajność producenci procesorów graficznych muszą pokonać pewne ograniczenia projektowe, aby uzyskać wyższą wydajność procesorów graficznych.Oczywiście zwiększenie rozmiaru chipa jest jednym ze sposobów na osiągnięcie wyższej wydajności, ponieważ elektrony nie lubią pokonywać dużych odległości między różnymi chipami, co ogranicza wydajność.Istnieje jednak praktyczne ograniczenie w zwiększaniu rozmiaru chipa, zwane „ograniczeniem siatkówki”.

Limit litografii odnosi się do maksymalnego rozmiaru chipa, który można naświetlić w jednym kroku w maszynie litograficznej stosowanej w produkcji półprzewodników.Ograniczenie to wynika z maksymalnej wielkości pola magnetycznego sprzętu litograficznego, zwłaszcza steppera lub skanera stosowanego w procesie litografii.W przypadku najnowszej technologii limit maski wynosi zwykle około 858 milimetrów kwadratowych.To ograniczenie wielkości jest bardzo ważne, ponieważ określa maksymalną powierzchnię, jaką można odwzorować na płytce w jednej ekspozycji.Jeśli płytka jest większa niż ten limit, konieczne będzie wielokrotne naświetlanie, aby w pełni uformować płytkę, co jest niepraktyczne w przypadku masowej produkcji ze względu na złożoność i wyzwania związane z wyrównaniem.Nowy GB200 przezwycięży to ograniczenie, łącząc dwa podłoża chipowe z ograniczeniami wielkości cząstek w krzemową warstwę pośrednią, tworząc dwukrotnie większe podłoże o ograniczonej supercząsteczkach.Inne ograniczenia wydajności to ilość pamięci i odległość do tej pamięci (tj. przepustowość pamięci).Nowe architektury procesorów graficznych rozwiązują ten problem, wykorzystując stosową pamięć o dużej przepustowości (HBM), która jest zainstalowana na tym samym krzemowym przejściówce z dwoma układami GPU.Z punktu widzenia krzemu problem z HBM polega na tym, że każdy bit obszaru krzemu jest dwukrotnie większy niż w przypadku tradycyjnej pamięci DRAM ze względu na wysoce równoległy interfejs wymagany do uzyskania dużej przepustowości.HBM integruje również układ sterowania logiką w każdym stosie, zwiększając obszar krzemu.Z przybliżonych obliczeń wynika, że ​​powierzchnia krzemu zastosowana w architekturze GPU 2.5D jest 2,5 do 3 razy większa niż w tradycyjnej architekturze 2.0D.Jak wspomniano wcześniej, jeśli firmy odlewnicze nie będą przygotowane na tę zmianę, pojemność płytek krzemowych może ponownie stać się bardzo ograniczona.

Przyszła wydajność rynku płytek krzemowych

Pierwsze z trzech praw produkcji półprzewodników głosi, że najwięcej pieniędzy należy zainwestować, gdy jest ich najmniej.Wynika to z cykliczności branży i firmom produkującym półprzewodniki trudno jest przestrzegać tej zasady.Jak pokazano na rysunku, większość producentów płytek krzemowych dostrzegła wpływ tej zmiany i w ciągu ostatnich kilku kwartałów prawie potroiła swoje łączne kwartalne wydatki inwestycyjne.Pomimo trudnych warunków rynkowych nadal tak jest.Co jeszcze ciekawsze, tendencja ta utrzymuje się już od dłuższego czasu.Firmy produkujące płytki krzemowe mają szczęście lub wiedzą coś, czego nie wiedzą inni.Łańcuch dostaw półprzewodników to wehikuł czasu, który potrafi przewidzieć przyszłość.Twoja przyszłość może być przeszłością kogoś innego.Chociaż nie zawsze otrzymujemy odpowiedzi, prawie zawsze otrzymujemy wartościowe pytania.